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株硬刀具在航空行业的应用之涡轮机匣

燃烧室前端机匣,薄壁环形件,刚性差,材料去除量大,加工过程中极易产生变形;两端有装配定位与连接作用的安装边,安装边上有精密定位孔及螺栓连接孔,外表面有各种凸台及不同作用的孔和槽。尺寸精度高、技术要求严格;内部构形复杂、环形槽区域狭窄,容刀空间狭小;环形槽部位壁薄,壁厚也不均匀;以上因素使得机匣零件在加工过程中的稳定性和刚性较差,抵抗径向变形的能力更差。

零件材料为高温合金Inconel 718,具有高硬度、高强度、耐腐蚀、耐高温的难加工特性,刀具磨损剧烈,在高的切削温度下,刀具将产生严重的扩散磨损;加工硬化现象严重,切削更加困难;加工过程中切削力大,为一般钢材的2-3倍;导热系数低,导热性差,切削热集中在刀尖附近,切削温度高。

该零件的加工工艺流程如下:

粗车小端外形——粗车大端内型——车大端基准——粗精车小端——精车大端内型——铣外侧环形槽——铣外侧凸台轮廓——铣外侧凸台面——外侧凸台轮廓清根——铣内侧壁环形槽——铣大端内侧壁环形槽(1)——铣大端内侧壁环形槽(2)——大端内壁环形槽轮廓清根——大端铣内壁精T型槽——精车基准——精车大端

                     

                                       毛坯                                     成品(红色部分)

毛坯原为锻件,经过粗加工后初步成型,最终的成品相对于毛坯来说,材料去除量超过50%,结构相对比较复杂且为薄壁件,切削过程中加工变形会给切削加工带来困难。在选择刀具的时候,应优先选择刃口锋利的槽型,减小切削阻力和加工变形。

粗车小端外型

加工特点:粗加工工序,余量去除率大,同时对加工效率要求高

加工设备:数控立车

选刀原则:粗车外形结构相对简单,着重考虑加工效率问题,优先选用陶瓷刀具。公司的RCGN\RNGN等圆刀片系列,已经成功应用在航空车削领域,结合CA1000牌号能够大幅度提高切削效率。

外圆用正角刀CRSCR3232P09CA1000/ RCGN090700T01015-V

端面用负角刀片CRDNN3232P12CA1000/ RNGN120400T02020

切削参数:V=200m/minfr=0.25mm/r

粗车大端内型

加工特点:粗加工工序,余量去除率大,同时对加工效率要求高

加工设备:数控立车

选刀原则:与上一道工序在同一机床加工,可以共用刀具。同样选择陶瓷刀片加工。

外圆、内型面均用正角带片。

使用刀具CRSCR3232P09

使用刀片CA1000/ RCGN090700T01015-V

切削参数:V=200m/minfr=0.2mm/r

车大端基准

 

加工特点:车基准面

加工设备:数控立车

选刀原则:高温合金精加工刀片,薄壁零件需槽型锋利减小切削力,重复定位精度高;刀杆夹紧安全可靠。公司-NF标准车削槽型适合高温合金薄壁件的精加工,选择刀尖强度较高的55°D型刀片,槽型锋利,定位面精磨,可增加重复定位精度。刀杆用M类压紧方式,夹紧安全可靠。刀片牌号选用耐磨性好的YBG105,提高使用寿命。

使用刀具MDJNR3232P15

使用刀片YBG105/DNEG150608-NF

使用刀具MDJNL3232P15

使用刀片YBG105/DNEG150608-NF

切削参数:V=40m/minfr=0.15mm/r

粗精车小端

   

加工特点:大端精车面定位加工小端内外型面,结构复杂,涉及到异型槽需设计非标刀具,同时壁薄,切削阻力大。

加工设备:数控立车

选刀原则:切槽用方头刀片去粗,圆头刀片仿形精加工,内型面异型槽刀具为非标设计,外圆槽用标准刀具;车削精加工选用锋利槽型。公司高温合金切槽加工刀片ZIMF用于去粗、ZIGQ仿形精加工,内型面异型槽配套刀杆非标设计,外圆槽用公司标准刀杆;车削刀片用标准D-NF锋利槽型,刀杆M类压紧方式。刀片牌号选用耐磨性好的YBG105,提高使用寿命。

                                             

内型面直槽:QEKS3232R12-6NYBG105/ZIMF608N-NM/ZIGQ6N-NM

外型面直槽:QEGS3232R12-4NYBG105/ZIMF406N-NM/ZIGQ4N-NM

内型面异型槽:异型刀杆1YBG105/ZIMF304N-NM/ZIGQ3N-NM  

外型面异型槽:异型刀杆2YBG105/ZIMF608N-NM/ZIGQ6N-NM

切削参数:方头刀去粗:V=40m/minfr=0.25mm/r

                  球头刀仿形:V=50m/minfr=0.15mm/r

内型面:MDJNL3232P15YBG105/DNEG150608-NF

基准面:MDJNR3232P15YBG105/DNEG150608-NF

切削参数:V=50m/minfr=0.15mm/r

精车大端内型

加工特点:内、外型面及基准面精车,最薄部位壁厚仅3.5mm,加工变形严重。

加工设备:数控立车

选刀原则:高温合金精加工刀片,薄壁零件需槽型锋利减小切削力,重复定位精度高;刀杆夹紧安全可靠。

公司对应产品系列:公司-NF标准车削槽型适合高温合金薄壁件的精加工,由于角度限制,选择通用性更好

                                的35°V型刀片,槽  型锋利,定位面精磨,可增加重复定位精度。刀杆用M类压紧方式,

                                夹紧安全可靠。刀片牌号选用耐磨性好的YBG105,提高使用寿命。

使用刀具MVJNR3232P16YBG105/VNEG160408-NF

使用刀具MVJNL3232P16YBG105/VNEG160408-NF

切削参数:V=50m/minfr=0.15mm/r

铣外侧环形槽

加工特点:环形槽圆周尺寸较大

加工设备:三轴铣床

选刀原则:要求加工效率高。根据零件结构特点及角度约束,设计非标三面刃结构刀具。直面上的槽选用MPHT系列刀片,斜面上的槽选用CNE544R08-2,牌号均用YBG205

          

直面:SMPX-160-B40-MP08-14YBG205/MPHT080305-DM

斜面:SMPX-160X25-B40-CNE544-16YBG205/CNE544R08-2

切削参数:V=50m/minfz=0.15mm/z

                             

铣外侧凸台轮廓

   

加工特点:凸台间距较小,切深不大

加工设备:五轴铣床

选刀原则:由于被加工区域较窄,选用小直径杆式立铣刀进行插铣,提高效率。选用XMR直柄刀具比较合适。   

使用刀具XMR01-020-G20-WP05-02-M

使用刀片YBG205/ WPGT050315ZSR

切削参数:V=80m/minfz=0.12mm/z

铣外侧凸台面

    

加工特点:面铣加工,余量不大

加工设备:五轴铣床

选刀原则:高温合金面铣,注重加工效率与成本。公司FMA01/FMA02系列装SEET刀片,以及大进给系列等均可进行高温合金面铣,考虑到铣削余量不大,选择XMR01大进给系列进行插铣加工,根据凸台轮廓尺寸选择合适刀具直径,刀片牌号选择YBG205

使用刀具XMR01-063-A22-WP08-04

使用刀片YBG205/WPGT080615ZSR

切削参数:V=80m/minfz=0.15mm/z

外侧凸台轮廓清根

 

加工设备:五轴铣床

选刀原则:高温合金整体铣刀,公司GM系列球头铣刀可进行高温合金加工,且性能稳定,根据零件圆弧角选择对应刀具型号。

使用刀具 PM-2B-R3.0

切削参数:V=30m/minfz=0.06mm/z

铣内侧壁环形槽

加工特点:环形槽在直面上,圆周尺寸较大

加工设备:三轴铣床

选刀原则:提高铣削效率并减少成本是关键,与外侧直面环形槽铣削共用刀具。

使用刀具SMPX-160-B40-MP08-14

使用刀片YBG205/MPHT080305-DM

切削参数:V=50m/minfz=0.15mm/z

铣大端内侧壁环形槽(1

加工特点:环形槽在斜面上,圆周尺寸较大

加工设备:三轴铣床

选刀原则:提高铣削效率并减少成本是关键,与外侧斜面上环形槽铣削共用刀具。

使用刀具SMPX-160X25-B40-CNE544-16

使用刀片YBG205/CNE544R08-2

切削参数:V=50m/minfz=0.15mm/z 

                           

铣大端内侧壁环形槽(2

加工特点:部分槽圆周尺寸较小,无法用三面刃铣刀加工

加工设备:五轴加工中心或三轴铣床

选刀原则:公司FMR01系列杆式结构,装配RCKT圆刀片,适合这种被加工结构,并可提高铣削效率。

使用刀具FMR01-032-XP25-RC10-02

使用刀片YBG302/RCKT10T3MO-DM

切削参数:V=50m/minfz=0.15mm/z 

                              

大端内壁环形槽轮廓清根

 

加工设备:五轴加工中心或三轴铣床

选刀原则:高温合金整体硬质合金铣刀,与外侧凸台轮廓清根共用同一把刀。

使用刀具PM-2B-R3.0

切削参数:V=30m/minfz=0.06mm/z

大端铣内壁精T型槽

加工特点:槽型为球面

加工设备:五轴加工中心或三轴铣床加工

选刀原则:球面加工,选用球头铣刀,公司BMR04刀具,装配ZOHX系列全磨刀片,精度高,同时ZOHX3207-GF槽型锋利且强度好,配合YBG252牌号,适用于精加工铣削。

使用刀具BMR04-032-G32-M

使用刀片YBG252/ZOHX3207-GF

切削参数:V=40m/minfz=0.1mm/z

精车基准

加工特点:精车基准面,最薄部位壁厚仅3.5mm,加工变形严重。

加工设备:数控立车

选刀原则:高温合金精加工刀片,薄壁零件需槽型锋利减小切削力,重复定位精度高;刀杆夹紧安全可靠。

                 公司-NF标准车削槽型适合高温合金薄壁件的精加工,选择刀尖强度较高的55°D型刀片,槽型锋利,

                 定位面精磨,可增加重复定位精度。刀杆用M类压紧方式,夹紧安全可靠。结合ZIGQ3N-NM异型槽刀,

                 可以完成加工内容。刀片牌号选用耐磨性好的YBG105,提高使用寿命。

使用刀具MDJNL3232P15

使用刀片YBG105/DNEG150608-NF

异型刀杆2YBG105/ZIGQ3N-NM

切削参数:V=40m/minfr=0.15mm/r

精车大端

加工特点:精车大端,壁厚仅3.5mm,加工变形严重。

加工设备:数控立车

选刀原则:高温合金精加工刀片,薄壁零件需槽型锋利减小切削力,重复定位精度高;刀杆夹紧安全可靠。公司-NF标准车削槽型适合高温合金薄壁件的精加工,由于角度限制,选择通用性更好的35°V型刀片,槽型锋利,定位面精磨,可增加重复定位精度。刀杆用M类压紧方式,夹紧安全可靠。刀片牌号选用耐磨性好的YBG105,提高使用寿命。

使用刀具MVJNR3232P16

使用刀片YBG105/VNEG160408-NF

使用刀具MVJNL3232P16

使用刀片YBG105/VNEG160408-NF

切削参数:V=50m/minfr=0.15mm/r

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(株洲钻石)

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